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Jstack详解

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 jstack用于打印出给定的java进程ID或core file或远程调试服务的Java堆栈信息,如果是在64位机器上,需要指定选项"-J-d64",Windows的jstack使用方式只支持以下的这种方式:jstack [-l] pid

如果java程序崩溃生成core文件,jstack工具可以用来获得core文件的java stack和native stack的信息,从而可以轻松地知道java程序是如何崩溃和在程序何处发生问题。另外,jstack工具还可以附属到正在运行的java程序中,看到当时运行的java程序的java stack和native stack的信息, 如果现在运行的java程序呈现hung的状态,jstack是非常有用的。

需要注意的问题:

l 不同的 JAVA虚机的线程 DUMP的创建方法和文件格式是不一样的,不同的 JVM版本, dump信息也有差别。

l 在实际运行中,往往一次 dump的信息,还不足以确认问题。建议产生三次 dump信息,如果每次 dump都指向同一个问题,我们才确定问题的典型性。 

2、命令格式

$jstack [ option ] pid

$jstack [ option ] executable core

$jstack [ option ] [server-id@]remote-hostname-or-IP

参数说明:

pid: java应用程序的进程号,一般可以通过jps来获得;

executable:产生core dump的java可执行程序;

core:打印出的core文件;

remote-hostname-or-ip:远程debug服务器的名称或IP;

server-id: 唯一id,假如一台主机上多个远程debug服务;

 

示例:

$jstack –l 23561

 

线程分析:

一般情况下,通过jstack输出的线程信息主要包括:jvm自身线程、用户线程等。其中jvm线程会在jvm启动时就会存在。对于用户线程则是在用户访问时才会生成。

l jvm线程:

在线程中,有一些 JVM内部的后台线程,来执行譬如垃圾回收,或者低内存的检测等等任务,这些线程往往在JVM初始化的时候就存在,如下所示:

"Attach Listener" daemon prio=10 tid=0x0000000052fb8000 nid=0xb8f waiting on condition [0x0000000000000000]

   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

 

   Locked ownable synchronizers:

        - None

destroyJavaVM" prio=10 tid=0x00002aaac1225800 nid=0x7208 waiting on condition [0x0000000000000000]

   java.lang.Thread.State: RUNNABLE

 

   Locked ownable synchronizers:

        - None

l 用户级别的线程

还有一类线程是用户级别的,它会根据用户请求的不同而发生变化。该类线程的运行情况往往是我们所关注的重点。而且这一部分也是最容易产生死锁的地方。

"qtp496432309-42" prio=10 tid=0x00002aaaba2a1800 nid=0x7580 waiting on condition [0x00000000425e9000]

   java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (parking)

        at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)

        - parking to wait for  <0x0000000788cfb020> (a java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject)

        at java.util.concurrent.locks.LockSupport.parkNanos(LockSupport.java:198)

        at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer$ConditionObject.awaitNanos(AbstractQueuedSynchronizer.java:2025)

        at org.eclipse.jetty.util.BlockingArrayQueue.poll(BlockingArrayQueue.java:320)

        at org.eclipse.jetty.util.thread.QueuedThreadPool$2.run(QueuedThreadPool.java:479)

        at java.lang.Thread.run(Thread.java:662)

 

   Locked ownable synchronizers:

        - None

从上述的代码示例中我们可以看到该用户线程的以下几类信息:

Ø 线程的状态:waiting on condition(等待条件发生)

Ø 线程的调用情况;

Ø 线程对资源的锁定情况;

 

线程的状态分析:

正如我们刚看到的那样,线程的状态是一个重要的指标,它会显示在线程每行结尾的地方。那么线程常见的有哪些状态呢?线程在什么样的情况下会进入这种状态呢?我们能从中发现什么线索?

Runnable

该状态表示线程具备所有运行条件,在运行队列中准备操作系统的调度,或者正在运行。 

Waiton condition 

该状态出现在线程等待某个条件的发生。具体是什么原因,可以结合stacktrace来分析。最常见的情况是线程在等待网络的读写,比如当网络数据没有准备好读时,线程处于这种等待状态,而一旦有数据准备好读之后,线程会重新激活,读取并处理数据。在 Java引入 NIO之前,对于每个网络连接,都有一个对应的线程来处理网络的读写操作,即使没有可读写的数据,线程仍然阻塞在读写操作上,这样有可能造成资源浪费,而且给操作系统的线程调度也带来压力。在 NIO里采用了新的机制,编写的服务器程序的性能和可扩展性都得到提高。 

如果发现有大量的线程都在处在 Wait on condition,从线程 stack看, 正等待网络读写,这可能是一个网络瓶颈的征兆。因为网络阻塞导致线程无法执行。一种情况是网络非常忙,几乎消耗了所有的带宽,仍然有大量数据等待网络读写;另一种情况也可能是网络空闲,但由于路由等问题,导致包无法正常的到达。所以要结合系统的一些性能观察工具来综合分析,比如 netstat统计单位时间的发送包的数目,如果很明显超过了所在网络带宽的限制 ; 观察 cpu的利用率,如果系统态的 CPU时间,相对于用户态的 CPU时间比例较高;如果程序运行在 Solaris 10平台上,可以用 dtrace工具看系统调用的情况,如果观察到 read/write的系统调用的次数或者运行时间遥遥领先;这些都指向由于网络带宽所限导致的网络瓶颈。 

另外一种出现 Wait on condition的常见情况是该线程在 sleep,等待 sleep的时间到了时候,将被唤醒。 

Waitingfor monitor entry 和 in Object.wait() 

在多线程的 JAVA程序中,实现线程之间的同步,就要说说Monitor。Monitor是Java中用以实现线程之间的互斥与协作的主要手段,它可以看成是对象或者 Class的锁。每一个对象都有,也仅有一个 monitor。下面这个图,描述了线程和 Monitor之间关系,以及线程的状态转换图: 

 

从图中可以看出,每个 Monitor在某个时刻,只能被一个线程拥有,该线程就是 “Active Thread”,而其它线程都是 “Waiting Thread”,分别在两个队列 “ Entry Set”和 “Wait Set”里面等候。在 “Entry Set”中等待的线程状态是 “Waiting for monitorentry”,而在 “Wait Set”中等待的线程状态是“in Object.wait()”。 

先看 “Entry Set”里面的线程。我们称被 synchronized保护起来的代码段为临界区。当一个线程申请进入临界区时,它就进入了 “Entry Set”队列。对应的 code就像: 

synchronized(obj){ 

......... 

这时有两种可能性: 

该 monitor不被其它线程拥有,Entry Set里面也没有其它等待线程。本线程即成为相应类或者对象的 Monitor的 Owner,执行临界区的代码 。此时线程将处于Runnable状态;

该 monitor被其它线程拥有,本线程在 Entry Set队列中等待。此时dump的信息显示“waiting for monitor entry”。

"Thread-0" prio=10 tid=0x08222eb0 nid=0x9 waiting for monitor entry [0xf927b000..0xf927bdb8] 

at testthread.WaitThread.run(WaitThread.java:39) 
- waiting to lock <0xef63bf08> (a java.lang.Object) 
- locked <0xef63beb8> (a java.util.ArrayList) 
at java.lang.Thread.run(Thread.java:595) 

临界区的设置,是为了保证其内部的代码执行的原子性和完整性。但是因为临界区在任何时间只允许线程串行通过,这和我们多线程的程序的初衷是相反的。如果在多线程的程序中,大量使用 synchronized,或者不适当的使用了它,会造成大量线程在临界区的入口等待,造成系统的性能大幅下降。如果在线程 DUMP中发现了这个情况,应该审查源码,改进程序。 

现在我们再来看现在线程为什么会进入 “Wait Set”。当线程获得了 Monitor,进入了临界区之后,如果发现线程继续运行的条件没有满足,它则调用对象(一般就是被 synchronized 的对象)的 wait() 方法,放弃了 Monitor,进入 “Wait Set”队列。只有当别的线程在该对象上调用了 notify() 或者 notifyAll() , “ Wait Set”队列中线程才得到机会去竞争,但是只有一个线程获得对象的Monitor,恢复到运行态。在 “Wait Set”中的线程, DUMP中表现为: in Object.wait(),类似于: 

"Thread-1" prio=10 tid=0x08223250 nid=0xa in Object.wait() [0xef47a000..0xef47aa38] 

at java.lang.Object.wait(Native Method) 

- waiting on <0xef63beb8> (a java.util.ArrayList) 

at java.lang.Object.wait(Object.java:474) 

at testthread.MyWaitThread.run(MyWaitThread.java:40) 

- locked <0xef63beb8> (a java.util.ArrayList) 

at java.lang.Thread.run(Thread.java:595) 

仔细观察上面的 DUMP信息,你会发现它有以下两行: 

² locked <0xef63beb8> (ajava.util.ArrayList) 

² waiting on <0xef63beb8> (ajava.util.ArrayList) 

这里需要解释一下,为什么先 lock了这个对象,然后又 waiting on同一个对象呢?让我们看看这个线程对应的代码: 

synchronized(obj){

......... 

obj.wait();

......... 

线程的执行中,先用 synchronized 获得了这个对象的 Monitor(对应于 locked <0xef63beb8> )。当执行到 obj.wait(), 线程即放弃了 Monitor的所有权,进入 “wait set”队列(对应于 waiting on<0xef63beb8> )。 

往在你的程序中,会出现多个类似的线程,他们都有相似的 dump也可能是正常的。比如,在程序中有多个服务线程,设计成从一个队列里面读取请求数据。这个队列就是 lock以及 waiting on的对象。当队列为空的时候,这些线程都会在这个队列上等待,直到队列有了数据,这些线程被notify,当然只有一个线程获得了 lock,继续执行,而其它线程继续等待。 

 

参考文献:

http://www.blogjava.net/jzone/articles/303979.html

http://blog.csdn.net/fenglibing/article/details/6411940

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